(57)【要約】【課題】高い真空度を維持することができ、信頼性の向上化を得る平面型の画像表示装置と、この画像表示装置を製造する製造方法を提供する。【解決手段】隙間を存して対向配置された２枚のガラス基板１１、１２と、これらガラス基板の所定位置を封着し、２枚のガラス基板間に密閉空間を規定した封着部３３とを備え、上記封着部は、所定位置に沿って充填された低融点金属材３２と、ガラス基板表面と低融点金属材との間に設けられ、フリットガラスと、５００℃以下の温度において溶融する、低融点金属材に対する溶解度が１０％未満の金属粉末材で形成された金属層３１ａ、３１ｂとを有している。【選択図】      図２
2006012500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隙間を存して対向配置される２枚のガラス基板と、これらのガラス基板の所定位置を封着して、２枚のガラス基板間に密閉空間を規定する封着部と、を備え、
上記封着部は、上記所定位置に沿って充填される低融点金属材と、上記ガラス基板表面と上記低融点金属材との間に設けられ、ガラスとの結合性および上記低融点金属材との親和性を有し、かつ、５００℃以下の温度において、溶融する上記低融点金属材に対する溶解度が１０％未満の金属粉末材およびフリットガラスで形成された複合材料層と、
を具備することを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
上記金属粉末材は、少なくともＦｅ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｔａの１つを含む金属単体あるいは、これらを主成分とする合金あるいは、混合体で形成されることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】
上記低融点金属材は、少なくともＩｎ，Ｇａ，Ｓｎ，Ｂｉの一つを含む金属単体あるいは、これらを主成分とする合金で形成されることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
【請求項４】
一方の上記ガラス基板は、その内面に蛍光体層を備え、他方のガラス基板は、その内面上に上記蛍光体層を励起する複数の電子源を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
第１のガラス基板と、この第１のガラス基板に対向配置された第２のガラス基板を有する外囲器と、この外囲器内に設けられた複数の表示素子と、を備えた画像表示装置を製造する製造方法において、
少なくとも一方のガラス基板の内面周縁部に、低融点ガラス材を介して矩形枠状のガラスからなる側壁の一面を接合する第１の工程と、
上記側壁の他面と、他の基板の内面周縁部である側壁と対向する所定の位置の少なくとも一方に、金属粉末材とフリットガラスとの混合物を塗布し、側壁と他の基板を焼成して、それぞれに金属層を形成する第２の工程と、
上記側壁および他の基板の少なくとも一方に低融点金属材からなる封着層を形成する第３の工程と、
上記側壁を介して第１のガラス基板と第２のガラス基板を重ね合わせ、真空中で加熱処理したあと、冷却の過程で上記封着層が両方の面と連続して第１のガラス基板と第２のガラス基板の封着をなす第４の工程と、
を具備することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【請求項６】
第１のガラス基板と、この第１のガラス基板に対向配置された第２のガラス基板を有する外囲器と、この外囲器内に設けられた複数の表示素子と、を備えた画像表示装置を製造する製造方法において、
第１のガラス基板および第２のガラス基板の内面周縁部に、金属粉末材とフリットガラスとの混合物を塗布し、これらガラス基板を焼成して、それぞれに金属層を形成する第１の工程と、
上記第１のガラス基板と第２のガラス基板に形成された金属層のうえに、低融点金属材からなる封着層を形成する第２の工程と、
いずれか一方のガラス基板の金属層上に、金属ワイヤからなる側壁を設置する第３の工程と、
上記側壁を介して第１のガラス基板と第２のガラス基板を重ね合わせ、真空中で加熱処理したあと、冷却の過程で上記封着層が両方の面と連続して第１のガラス基板と第２のガラス基板の封着をなす第５の工程と、
を具備することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向配置されたガラス基板相互を互いに封着して真空封着構造となす平板型の画像表示装置と、この平板型画像表示装置を製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像表示装置として、効率的な空間利用あるいはデザイン的な要素から、平面型の画像表示装置が注目されている。中でも、フィールド・エミッション・デバイス（以下、ＦＥＤと称する）のような電子放出型の画像表示装置は、高輝度、高分解能、低消費電力等のメリットから優れたディスプレイであると期待されている。  
一般に、平面型の画像表示装置は、所定の間隔をおいて対向配置されるとともに、それぞれガラス板で構成された２枚のガラス基板を備えている。これらのガラス基板は、周縁部相互が互いに封着されて外囲器を構成している。２枚のガラス基板間の空間部である外囲器内部は、高い真空度に維持することが重要な条件となっている。すなわち、真空度が低い場合は、電子放出素子の寿命が低下してしまい、その結果、画像装置表示装置としての耐久性が損なわれる。
【０００３】
このような狭い閉空間の内部を高真空に維持する場合、微量でも気体が通過する有機系の封着材を使用することは難しい。そのため、封着材として、無機系の接着材あるいは封着材を用いることが不可欠となっている。  
たとえば、［特許文献１］には、ガラス基板同士の接合あるいは真空封着するための封着材として、Ｉｎ、Ｇａのような低融点金属材が用いられることが記載されている。これらの低融点金属材は、融点以上に加熱され溶融すると、ガラスに対して高い濡れ性を備えて気密性の高い封着が可能となる。
【特許文献１】特開２００２−３１９３４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近時、多用される平面型画像表示装置は、ガラス基板の周長が３ｍを越える場合もあり、従来の陰極線管等と比較して大きな面積を封着する必要がある。そして、陰極線管等と比較して、封着欠陥の導入要因は二桁近く増大することになり、ガラス基板相互の封着は非常に困難な作業となっている。  
また、平面型画像表示装置は、その特徴から、外囲器の真空仕様が厳しく、封着材の融点よりも遥かに高い温度で熱処理がなされる場合もある。このような高温の熱処理下では、ガラスに対する封着材の濡れ性が低下してしまい、封着材は十分な接合あるいは封着効果を発揮できなくなる。その結果、高い真空度に維持された大型の装置を製造できないという問題が発生し始めている。
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、高い真空度を維持することができて、信頼性の向上化を得られる画像表示装置と、この画像表示装置を製造するための製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明の態様に係る画像表示装置は、隙間を存して対向配置される２枚のガラス基板と、これらのガラス基板の所定位置を封着して２枚のガラス基板間に密閉空間を規定する封着部とを備え、上記封着部は、所定位置に沿って充填される低融点金属材と、ガラス基板表面と低融点金属材との間に設けられ、ガラスとの結合性および低融点金属材との親和性を有し、５００℃以下の温度において、溶融する低融点金属材に対する溶解度が１０％未満の金属粉末材およびフリットガラスで形成された複合材料層とを具備する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高い真空度を維持することができ、信頼性の向上化を得られる画像表示装置および画像表示装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下図面を参照しながら、本発明に係る平面型の画像表示装置をＦＥＤに適用した実施形態について詳細に説明する。  
図１および図２に示すように、ＦＥＤは、それぞれ矩形状のガラス板からなる第１のガラス基板１１および第２のガラス基板１２を備えている。これら第１、第２の基板１１，１２は、約１．０〜２．０ｍｍの隙間をおいて対応配置され、矩形枠状のガラスからなる側壁１３を介してガラス基板周縁部同士が接合され、内部が真空に維持される偏平な真空外囲器１０を構成している。  
接合部材として機能する上記側壁１３は、たとえば、フリットガラス等の低融点ガラス材３０によって、第２のガラス基板１２の内面周縁部に接合されている。また、側壁１３は、後述するように、封着材としての低融点金属材を含んだ封着部３３により、第１のガラス基板１１の内面周縁部に封着されている。これにより、側壁１３および封着部３３は、第１のガラス基板１１および第２のガラス基板１２の周縁部同士を気密に接合し、第１、第２のガラス基板１１，１２間に密閉空間を規定している。
【０００９】
上記真空外囲器１０の内部には、第１のガラス基板１１および第２のガラス基板１２に加わる大気圧荷重を支えるため、たとえばガラスからなる複数の板状の支持部材１４が設けられている。これらの支持部材１４は、真空外囲器１０の短辺と平行な方向に延在しているとともに、長辺と平行な方向に沿って所定の間隔を存して配置されている。なお、支持部材１４の形状については特にこれに限定されるものではなく、柱状の支持部材を用いてもよい。  
第１のガラス基板１１の内面には、蛍光面として機能する蛍光体スクリーン１６が形成されている。この蛍光体スクリーン１６は、赤、緑、青に発光する複数の蛍光体層１５、およびこれら蛍光体層の間に形成される複数の遮光層１７を備えている。各蛍光体層１５は、ストライプ状、ドット状あるいは矩形状に形成され、蛍光体スクリーン１６上には、アルミニウム等からなるメタルバック１８およびゲッタ膜１９が順に設けられる。
【００１０】
第２のガラス基板１２の内面上には、蛍光体スクリーン１６の蛍光体層１５を励起する電子源として、それぞれ電子ビームを放出する多数の電子放出素子２２が設けられる。さらに詳細に述べると、第２のガラス基板１２の内面上には導電性カソード層２４が形成され、この導電性カソード層２４上には多数のキャビティ２５を有する二酸化シリコン膜２６が形成される。そして、二酸化シリコン膜２６上には、モリブデン、ニオブ等からなるゲート電極２８が設けられる。  
上記第２のガラス基板１２の内面上における各キャビティ２５内に、モリブデン等からなるコーン状の電子放出素子２２が設けられる。これらの電子放出素子２２は、画素毎に対応して複数列および複数行に配列されている。その他、第２のガラス基板１２上には、電子放出素子２２に電位を供給する多数本の配線２１がマトリックス状に設けられ、その端部は真空外囲器１０の外部に引出されている。
【００１１】
上記のように構成されたＦＥＤにおいて、映像信号は電子放出素子２２とゲート電極２８に入力される。電子放出素子２２を基準とした場合で、最も輝度の高い状態のときに、＋１００Ｖのゲート電圧が印加され、蛍光体スクリーン１６には＋１０ｋＶが印加される。このとき電子放出素子２２から放出される電子ビームの大きさは、ゲート電極２８の電圧によって変調され、この電子ビームが蛍光体スクリーン１６の蛍光体層を励起して発光させることにより画像を表示する。  
なお、蛍光体スクリーン１６には高電圧が印加されるため、第１のガラス基板１１と、第２のガラス基板１２と、側壁１３および支持部材１４構成用の板ガラスとして、全て高歪点ガラスが使用されている。
【００１２】
つぎに、第１のガラス基板１１と側壁１３との間を封着する、上記封着部３３について詳細に説明する。  
図２に示すように、上記封着部３３は、第１のガラス基板１１の所定位置である、ガラス基板の内面周縁部に沿って矩形枠状に形成される金属層３１ａと、上記側壁１３における第１のガラス基板側端面に沿って矩形枠状に形成される金属層３１ｂおよび、これらの金属層３１ａ、３１ｂ間に介在し低融点金属材から形成される封着層３２とを有している。  
上記金属層３１ａ、３１ｂの各々は、図３に示すように、低融点ガラス材と低融点金属材との親和性を有し、かつ、５００℃以下の温度において、溶融する上記封着層３２に対する溶解度が１０％未満の金属粉末材３４とフリットガラス３５で形成される複合材料層である。
【００１３】
本発明者らは、ガラスと金属との接合に関わるメカニズムについて研究を重ね、その１つとして、封着材に用いられてきたインジウム（Ｉｎ）のガラスに対する濡れの現象を系統的に観察した。その結果、溶融したＩｎは、ガラスと濡れる能力を有するが、表面張力が大きいためにガラス面上を濡れ広がることはできずに、半球状になろうとすることが判明した。このため、長い距離をＩｎで封着することは困難であり、Ｉｎを一定の場所に固着させ、かつ表面張力を相対的に和らげる物質がガラスとＩｎとの間に必要である、との結論が得られた。
【００１４】
そこで、ガラス表面に金属層を形成することを思い至り、形成方法について実験を重ねた。結果として、金属であれば相対的にＩｎの表面張力を下げられるが、形態が膜の場合には、多くの物質はＩｎが凝固する際にガラス面から剥離してしまう。さらに、５００℃未満の低温においても、金属層がＩｎに対してある程度の溶解度を有していると、時間の経過とともにガラス面から消失してしまい、効力が無くなることが判明した。  
これらの現象から、金属層としてガラス内部に一部が埋め込まれた形態をなし、材料はＩｎに対する溶解度が低いものを選定することにより、上記二つの問題を解決できることを見出した。また、この条件を満たす材料であれば、Ｉｎに限らず低融点の金属あるいは合金でも高い真空封着能力を得られることが分かった。
【００１５】
ガラス内部に金属の一部が埋め込まれた状態を形成する手法としては、低融点ガラス材の粉末と金属材粉末を適量混合し、塗布、印刷等により、これらの混合体からなる層を形成したあと、該低融点ガラス材の融点以上に加熱することで達成できる。また、低融点金属に対する溶解度の低い材料としては、Ｆｅ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｔａの１つを含む金属単体あるいは、これらを主成分とする合金あるいは、混合体を用いることができる。  
上記低融点金属材あるいは合金としては、Ｉｎ，Ｇａ，Ｓｎ，Ｂｉから選択される少なくとも１種類、あるいはこれらにＡｇ，Ｃｕ，Ａｌなどの金属を含むものが有用である。
【００１６】
図４は、本発明における他の実施の形態を示す断面図である。  
それぞれ矩形状の第１のガラス基板１１と第２のガラス基板１２が所定の隙間を存して対向配置されていることは、先に説明したものと同様である。これら第１、第２のガラス基板１１，１２の周縁部同士が断面円形状の金属ワイヤからなる側壁３６を介して封着され、内部が真空状態に維持された偏平な矩形状の真空外囲器１０Ａを構成している。なお、真空外囲器１０Ａの内部構造は先に説明した真空外囲器１０と全く同一であるので、ここでは新たな説明を省略する。  
接合部材として機能する上記側壁３６は、封着材としての低融点金属材を含んだ封着層３２により、第１のガラス基板１１と第２のガラス基板１２の内面周縁部に封着されている。これにより、側壁３６および封着層３２は、第１のガラス基板１１および第２のガラス基板１２の周縁部同士を気密に接合し、第１、第２のガラス基板相互間に密閉空間を規定している。
【００１７】
そして、第１のガラス基板１１と側壁３６との間、および第２のガラス基板１２と側壁３６との間は、各基板の封着面上に形成された金属層３１ａ，３１ｂによって封着されている。  
さらに、封着部４０について詳細に説明すると、側壁３６と、第１のガラス基板１１の所定位置である、第１のガラス基板の内面周縁部に沿って矩形枠状に形成される金属層３１ａと、第２のガラス基板１２の所定位置である、第２のガラス基板の内面周縁部に沿って矩形枠状に形成される金属層３１ｂおよび、これらの金属層３１ａ、３１ｂと側壁３６との間に位置する低融点金属材の封着層３２とを有している。  
上記金属層３１ａ、３１ｂのそれぞれは、再び図３に示すように、低融点ガラス材と低融点金属材との親和性を有し、かつ、５００℃以下の温度において、溶融する上記封着層３２に対する溶解度が１０％未満の金属粉末とフリットガラスで形成される複合材料層である。
【００１８】
以下、ＦＥＤの構成について、実施例を用いて詳細に説明する。  
（実施例１）  
ＦＥＤを構成するため、それぞれ縦６５ｃｍ、横１１０ｃｍのガラス板からなる第１および第２のガラス基板１１，１２を用意し、所定のガラス基板、たとえば第２のガラス基板１２の内面周縁部に、矩形枠状ガラスからなる側壁１３をフリットガラスにより接合した。  
つぎに、側壁１３の上面と、第１のガラス基板１１の内面周縁部である側壁と対向する所定位置に、スクリーン印刷装置によりＦｅ−６％Ｓｉ粉末と、フリットガラス粉末を重量比５：５で混合した複合材料に、粘性を持たせるためバインダーを混ぜてなるペーストを、幅１０ｍｍ、厚さ２５μｍで印刷した。そして、第１のガラス基板１１および側壁１３を大気炉で所定の条件で焼成した。
【００１９】
ついで、金属層３１ａおよび金属層３１ｂの上に、Ｉｎを超音波半田ごてにより、幅４ｍｍ、厚さ０．２ｍｍに形成した封着層３２を設けた。２枚のガラス基板１１，１２相互間を１００ｍｍ開け、５×１０−６Ｐａの真空中で加熱処理し、そのあと、冷却の過程で上記合金の位置が合うように２枚のガラス基板１１，１２を密着させ、Ｉｎが両方の面に連続となるようにした。この状態で冷却して合金を凝固させることにより、側壁１３と第１のガラス基板１１とを封着した。  
そして、予め封着部３３に設けておいた測定用の孔を介して真空封着特性を評価したところ、１×１０−９ａｔｍ・ｃｃ/ｓｅｃ以下のリーク量を示し、十分な封着効果を発揮していることが分かった。また、これらの結果と外見のいずれからも、金属の封着に起因する第１、第２のガラス基板１１，１２内に亀裂が発生していないことが明らかとなった。
【００２０】
（実施例２）  
ＦＥＤを構成するため、それぞれ縦６５ｃｍ、横１１０ｃｍのガラス板からなる第１および第２のガラス基板１１，１２を用意した。続いて、所定のガラス基板の対向する所定の部位である、たとえば第２のガラス基板１２における内面周縁部の所定位置に、メタルマスクを用いて、Ｓｉ粉末とフリットガラスの粉末を重量比４：６に混合した複合材料に、粘性を持たせるためバインダーを混ぜてなるペーストを幅１０ｍｍ、厚さ２５μｍでパターン形成した。  
そして、第１のガラス基板１１および第２のガラス基板１２を大気炉で所定の条件で焼成し、そのあと、該金属層の上に５３％Ｂｉ−Ｓｎ合金を超音波半田ごてにより、幅４ｍｍ、厚さ０．２ｍｍに形成した封着層を設けた。ついで、一方のガラス基板の低融点金属層上に、側壁としてＡｇメッキの施されたＦｅ−３７％Ｎｉ合金の金属ワイヤ（直径１．５ｍｍ）からなる側壁３６を設置した。  
２枚のガラス基板１１，１２の間を１００ｍｍ開け、５×１０−６Ｐａの真空中で加熱脱気処理を行なった。そのあと、冷却過程で２００℃に至った際、これら２枚のガラス基板１１，１２を所定の位置で貼り合わせたところ、溶融している５３Ｂｉ−Ｓｎ合金がＦｅ−３７％Ｎｉ合金ワイヤである側壁３６を介して相互に親和性が良いために濡れ広がり、隙間のない状態になった。この状態で凝固させ、２枚のガラス基板１１，１２を封着した。このようにして構成されたＦＥＤについて、実施例１と同様の真空リーク試験を実施したところ、同様の結果を得た。
【００２１】
（実施例３）  
ＦＥＤを構成するため、それぞれ縦６５ｃｍ、横１１０ｃｍのガラス板からなる第１および第２のガラス基板１１，１２を用意した。続いて、所定のガラス基板の対向する所定の場所、ここでは、ガラス基板の内面周縁部所定の位置に、メタルマスクを用いてＭｏ粉末とフリットガラスの粉末を重量比５：５に混合した複合材料に、粘性を持たせるためバインダーを混ぜてなるペーストを、幅１０ｍｍ、厚さ２５μｍでパターン形成した。  
そして、第１の基板１１および第２の基板１２を大気炉で所定の条件で焼成したあと、該金属層の上に５７％Ｂｉ−Ｓｎ合金を超音波半田ごてにより、幅４ｍｍで厚さ０．２ｍｍの封着層を形成した。つぎに、一方のガラス基板の低融点金属層上に、側壁３６としてＡｇメッキの施されたＴｉのワイヤ（直径１．５ｍｍ）３６を設置した。
【００２２】
２枚のガラス基板１１，１２相互間を１００ｍｍ開け、５ｘ１０−６Ｐａの真空中で加熱脱気処理を行なった。ついで、冷却過程で２００℃に至った際、これら２枚のガラス基板を所定の位置で貼り合わせたところ、溶融している５７％Ｂｉ−Ｓｎ合金がＴｉワイヤである側壁３６を介して相互に親和性が良いために、濡れ広がり隙間のない状態になった。この状態で凝固させ、２枚のガラス基板を封着した。このＦＥＤについて、実施例１と同様の真空リーク試験を実施したところ同様の結果を得た。  
なお、複合材料層を構成する金属層３１ａ，３１ｂの金属粉末とフリットガラスの割合は、重量比で、『９５：５〜５：９５』の範囲で許容される。そして、ここで用いられる金属粉末の粒径は、『０．５μｍ〜５０μｍ』の範囲で許容される。  
以上のように、本実施の形態と他の実施の形態および各実施例によれば、高真空を必要とするガラス製容器の封着が可能となり、高い真空度を維持することができ、信頼性の向上した平面型画像表示装置を得ることができる。
【００２３】
なお、本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。たとえば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
本発明において、スペーサ、その他の構成要素の寸法、材質等は上述した実施の形態に限定されることなく、必要に応じて適宜選択可能である。そして、本発明は、電子源として電界放出型電子放出素子を用いたものに限らず、表面伝導型、カーボンナノチューブ等の他の電子源を用いた画像表示装置、および内部が真空に維持された他の平面型画像表示装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る、ＦＥＤの概略構成を示す斜視図。
【図２】同実施の形態に係る、図１の線Ａ−Ａに沿って破断したＦＥＤの断面図。
【図３】同実施の形態に係る、ＦＥＤの封着部金属層を拡大して示す断面図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る、ＦＥＤ一部の断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１１…第１のガラス基板、１２…第２のガラス基板、３３…封着部、３２…封着層（低融点金属材）、３１ａ、３１ｂ…金属層（複合材料層）、１０…真空外囲器、１３…側壁（ガラス）、１６…蛍光体スクリーン、２２…電子放出素子、３４…金属粒子、３５…フリットガラス、３６…側壁（金属ワイヤ）、４０…封着部。
【図１】
2006012500.tif 000003
【図２】
2006012500.tif 000004
【図３】
2006012500.tif 000005
【図４】
2006012500.tif 000006